柳江流域巖溶地下水質量與污染評價

楊 林 朱 明 何 愿

(廣西壯族自治區地質環境監測站，廣西 桂林 541004)

西南巖溶區是全球連片分布面積最大的碳酸鹽分布區，且降水豐沛，氣候濕熱，巖溶十分發育，巖溶地下水系統復雜而脆弱，對氣候變化和人類活動的響應十分顯著[1-2]。巖溶區天然防滲過濾層很薄，甚至裸露，巖溶地下水極易受到污染，是巖溶地區經濟和生態良性發展的制約因素[3-4]。本文以廣西柳江流域為研究區，通過對流域內主要巖溶地下水點的地下水質量與污染進行評價，分析流域地下水質量和污染現狀及其影響因素，對巖溶地下水資源利用和水生態可持續發展具有重要的意義。

1 區域水文地質概況

1.1 自然地理

柳江流域位于桂中地區，地貌總體為巖溶平原溶崗溶丘地貌，呈盆地狀。河流大多沿傾斜面地勢從西北向東南流，形成樹枝狀水系。柳江為珠江流域西江水系的第二大支流，全長755km，流域面積為58400km2，較大支流有寨蒿河、尋江、融江、龍江、洛清江等。柳江流域屬于中亞熱帶季風氣候，年均氣溫18～20℃，年降水量為1300～1940mm，4—8月為雨季，降雨量占全年的70%以上。本次柳江流域巖溶地下水調查區主要包括融江、龍江流域及柳江中下游段，面積約20000km2。以巖溶地貌為主，沿河階地、耕地集中，人口稠密。

1.2 水文地質條件

研究區內泥盆、石炭、二疊系地層碳酸鹽巖發育，巖石質純、易溶，大面積連續分布。由于構造運動，西、北部強烈上升，導致柳江流域上游的龍江、融江地下水坡度大。在強烈上升環境中，破碎帶及共軛節理使地下水河流、溶洞發育快，巖溶強烈發育。區內廣泛分布上百條地下河，分別匯集各集水區地下水，完成自然界水循環。柳江下游由于地殼上升緩慢，長期是匯水環境，巖溶側向發育，地貌多形成峰林或寬谷平原。地下管道系統發育較均勻，形成含水層中網絡系統，故柳江下游平原上多溶潭溶井，地下河不明顯。地下水位埋深淺，巖溶水分布較均勻。

裂隙水主要賦存于前泥盆系碎屑巖中，廣泛分布于北部九萬大山、元寶山、天平山及東部大瑤山，多屬潛水。該流域因第四系不發育，又因松散堆積主要是黏性土，故孔隙水在該區分布有限，主要見于谷地及柳江兩岸階地堆積中。

2 采樣與測試

依據區域水文地質條件、土地利用和污染源分布狀況，在區域控制的基礎上，優先選擇重要地下水水源地，國家級、省級地下水監測孔，巖溶大泉(泉群)、重要污染源附近的監測井等井孔或水點進行取樣。巖溶水點選擇流動性水點進行布設，其中枯季流量大于50L/s的巖溶大泉和地下河出口點為必須取樣點。匯水面積超過50km2的區域為必須取樣區，視巖溶水點出露情況布置采樣點。選擇在區域上具有代表性的水點(井、泉等)作為采樣點，同時對松散巖類孔隙水、碎屑巖裂隙水作適當地控制。采樣時間為平水期。本次調查過程中特別強調嚴格質量控制，包括樣品野外采集質量控制和室內測試質量控制。采集地下水樣點151個，所取水樣多為巖溶大泉水或地下河出口水，測試指標為70項，包括現場物理化學指標、無機物指標和有機指標。

3 地下水質量和污染評價方法

3.1 地下水質量評價方法

本次評價綜合《地下水污染地質調查評價規范》(DD2008—01)和《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)，確定參評基礎指標共49項，見表1。地下水質量單指標評價，按指標值所在的指標限值區間確定地下水質量類別，指標限值相同時，從優不從劣[5]。地下水質量綜合評價，按單指標評價結果的最差類別確定。

表1 地下水質量評價指標

3.2 地下水污染評價方法

地下水污染評價主要是基于目標組分的檢出和超標情況進行。本次地下水污染指標包括三氮(硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮)、重(類)金屬[鉛、鎘、鉻(六價)、砷、汞]、48項有毒有害有機污染物等，見表2。

表2 地下水污染評價指標

以環境背景值和《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ類水的水質指標為參考對照，構建計算公式：

(1)

式中：Pki為k水樣第i個指標的污染指數；Cki為k水樣第i個指標的測試結果；C0為k水樣無機組分i指標的背景值，有機組分等原生地下水中含量微弱的組分背景值按零計算；CⅢ為《地下水質量標準》中指標i的Ⅲ類指標限值。

利用式(1)分別計算各水樣點單指標污染指數，按表3中污染指標分級標準，確定每一個指標污染等級。每個水樣點地下水綜合污染等級按單指標評價結果的最高類別確定。

表3 單指標污染指數分級標準

背景值采用比擬法確定，利用1975—1979年龍江南岸工作區Ⅲ類以上水質分析結果、2011年《廣西重點巖溶流域地下水勘查與開發示范報告龍江流域下游南岸段》巖溶地下水系統上游無污染區水質分析結果，進行比擬分析確定本次工作區背景值。

4 地下水質量評價

根據本次取樣測試數據，柳江流域地下水質量總體良好，151個樣品中，49.67%為Ⅱ類水質，32.45%為Ⅲ類水質，9.27%為Ⅳ類水質，8.61%為Ⅴ類水質，地下水質量綜合評價結果見圖1。

圖1 柳江流域地下水質量綜合評價

影響地下水質量的主要有亞硝酸鹽、砷、pH值、錳、耗氧量、鐵、氟化物7個指標，其在14個Ⅳ類水質樣品中的貢獻率，以亞硝酸鹽最大，為57.14%，其次是pH值、錳、砷，為14.29%，氟化物、鐵、耗氧量貢獻率相對較小，為7.14%，有3個樣品的2個指標同為Ⅳ類。在13個Ⅴ類水質樣品中的貢獻率，以亞硝酸鹽最大，為92.31%，其次是氟化物,為7.69%。Ⅳ～Ⅴ類水影響因子貢獻率見表4。

表4 Ⅳ～Ⅴ類水影響因子貢獻率

Ⅳ～Ⅴ類地下水普遍受亞硝酸鹽影響，多分布于峰叢、峰林谷地低洼地區，土地利用類型以農田、旱地、菜地、村莊、鄉鎮為主，所處地形均易匯水，為地下水系統排泄區，所以亞硝酸鹽指標受農業活動影響最大，其次為村屯城鎮生活廢水排放、工業廢水排放影響。砷、錳指標也多受農田施用農藥化肥影響。鉛、氟化物指標，受養殖廢水、生活排污溝分布、漏失影響。pH值指標則受成土母巖環境影響。

5 地下水污染評價

根據多指標地下水污染綜合評價結果，柳江流域無污染樣品3個，占總樣品數的1.99%；輕污染97個，占64.24%；中污染27個，占17.88%；較重污染4個，占2.65%；嚴重污染3個，占1.99%；極重污染17個，占11.25%。地下水污染綜合評價結果見圖2。

圖2 柳江流域地下水污染綜合評價

整體上，流域處于輕度污染，局部地區出現中—極重污染。污染因子為亞硝酸鹽、硝酸鹽、砷、汞、鉛、氨氮6個指標，以硝酸鹽、砷污染最為普遍，其次為亞硝酸鹽極重污染，其他影響指標零星分布。其中，柳江流域11.26%的樣品出現亞硝酸鹽極重污染，1.99%的樣品出現砷嚴重污染，1.32%的樣品出現汞較重污染。較重污染—極重污染指標見表5。

表5 較重污染～極重污染指標

柳江流域地下水有機組分檢出率為1.99%，為甲烷和三氯甲烷，采樣點上游無明顯污染源，可能跟農業生產活動有關。

6 結 論

本次以區域調查、取樣為主要工作手段，評價地下水質量和污染狀況，結果主要反映柳江流域巖溶區地下水質量和污染狀況。評價結果表明，柳江流域巖溶地下水質量良好，影響因子主要為亞硝酸鹽、氟化物、砷和pH值，受農業活動影響最大。柳江流域巖溶地下水整體上處于輕度污染，以三氮污染、砷污染最為普遍，主要受農業施用農藥化肥、有機肥污染影響。研究成果可為相關政府部門的決策及進一步研究提供參考。